激光(guāng)功率計探(tàn)頭(tóu)器的組(zǔ)成(chéng)

 

    按功(gōng)率傳(chuán)感器(qì)技術類型，可把功率計(jì)分(fēn)為3類：熱(rè)敏電阻型功率計，熱(rè)電偶(ǒu)型功率(shuài)計和晶體(tǐ)檢波式(shì)功率計。

 

    激光功率(shuài)計探(tàn)頭使(shǐ)用熱敏電(diàn)阻做(zuò)功率(shuài)傳(chuán)感元件(jiàn)。熱敏電(diàn)阻值(zhí)的溫(wēn)度係數(shù)較大(dà)，被測信(xìn)號(hào)的功(gōng)率被熱(rè)敏電阻(zǔ)吸(xī)收後(hòu)產生熱量，使其(qí)自(zì)身溫度升高，電(diàn)阻(zǔ)值(zhí)發(fā)生顯(xiǎn)著(zhù)變化(huà)，利用電阻電橋(qiáo)測量電(diàn)阻(zǔ)值的變(biàn)化(huà)，顯示(shì)功(gōng)率值。

 

    激(jī)光(guāng)功(gōng)率計探頭則是利用熱(rè)電偶型(xíng)功率(shuài)計中(zhōng)的熱(rè)偶結直(zhí)接(jiē)吸(xī)收高頻信號(hào)功率，結(jié)點溫度升(shēng)高，產生溫(wēn)差電勢，電勢(shì)的大(dà)小(xiǎo)正(zhèng)比於(yú)吸(xī)收(shōu)的高頻(pín)功(gōng)率(shuài)值(zhí)，進行(háng)功(gōng)率測量(liáng)。

 

    晶體(tǐ)檢波(bō)式(shì)功率計使(shǐ)用晶體二(èr)極管檢(jiǎn)波(bō)器(qì)將高頻(pín)信號(hào)變換(huàn)為(wéi)低(dī)頻(pín)或(huò)直(zhí)流電(diàn)信號。適(shì)當(dāng)選(xuǎn)擇工作(zuò)點，使檢(jiǎn)波(bō)器(qì)輸(shū)出信號(hào)的(dí)幅度(dù)正比(bǐ)於高頻(pín)信(xìn)號(hào)的功率(shuài)。

 

    1，熱敏(mǐn)電阻功(gōng)率傳感器和(hé)功(gōng)率(shuài)計

 

    熱敏電(diàn)阻(zǔ)是(shì)一(yī)種(zhǒng)由金屬氧化物(wù)的(dí)化(huà)合物(wù)製成的電阻器，隨(suí)溫度(dù)呈現(xiàn)大的(dí)電阻(zǔ)變化(huà)。若(ruò)將(jiāng)熱(rè)敏(mǐn)電阻用於形成功(gōng)率(shuài)傳感器的(dí)終端(duān)，則它的電(diàn)阻將隨外加功率引起的溫升(shēng)而變(biàn)。

 

    說(shuō)明了熱敏(mǐn)電阻(zǔ)功率(shuài)計(jì)的基本原(yuán)理(lǐ)。的電路(lù)表(biǎo)明對於(yú)射頻輸入端(duān)上出(chū)現的信(xìn)號(hào)，兩(liǎng)個熱(rè)敏(mǐn)電阻如何被布(bù)置成(chéng)並聯(lián)以及如何(hé)與功(gōng)率計相(xiāng)串聯。功率計的(dí)連(lián)接跨(kuà)接在射頻旁路(lù)電容器(qì)兩端(duān)，以(yǐ)避(bì)免熱(rè)敏電阻那邊(biān)的射頻(pín)泄露。

 

    激光功率(shuài)計探(tàn)頭利(lì)用稱為(wéi)自動平衡(héng)電橋的(dí)電(diàn)路，該(gāi)電路(lù)提(tí)供將(jiāng)熱敏(mǐn)電阻阻(zǔ)值RT維(wéi)持(chí)恒定在R值(zhí)上的直(zhí)流偏置(zhì)功率(shuài)。若熱敏(mǐn)電阻上的射(shè)頻(pín)功(gōng)率(shuài)增加，則(zé)電橋(qiáo)使偏置功率(shuài)減小一(yī)個(gè)相類似(sì)的(dí)量。射頻功(gōng)率降(jiàng)低(dī)則引起電(diàn)橋增(zēng)加(jiā)偏置功率，使(shǐ)熱敏電阻(zǔ)維持(chí)恒定(dìng)的電(diàn)阻。功(gōng)率計(jì)內的輔助電路對(duì)直流功率的(dí)這個變化(huà)進(jìn)行(háng)處理，以獲得(dé)功率讀數。

 

    熱(rè)敏(mǐn)電(diàn)阻的(dí)阻值隨環境(jìng)溫(wēn)度(dù)以及(jí)射頻(pín)和(hé)直流功(gōng)率而變，所以(yǐ)溫度的任何(hé)變(biàn)化(huà)都(dū)會(huì)引起(qǐ)功率(shuài)讀數變化。現(xiàn)代(dài)熱敏(mǐn)電阻功率(shuài)傳感器通過利(lì)用與(yǔ)射(shè)頻檢測熱敏電(diàn)阻有(yǒu)熱聯係(xì)但電(diàn)氣上(shàng)相隔離的第二(èr)組熱敏(mǐn)電(diàn)阻來(lái)克(kè)服這一(yī)問(wèn)題(tí)。出(chū)了溫(wēn)度(dù)補償式(shì)熱敏電(diàn)阻傳感(gǎn)器的(dí)電(diàn)路。這類(lèi)傳感器要(yào)求包(bāo)含(hán)兩(liǎng)個自(zì)動平(píng)衡(héng)電(diàn)橋以(yǐ)及(jí)依(yī)據(jù)加(jiā)到檢測(cè)熱敏(mǐn)電阻和補償(cháng)熱敏(mǐn)電(diàn)阻上(shàng)的偏置信號來(lái)獲(huò)得(dé)功率(shuài)讀(dú)數的(dí)電路的功率計。給(gěi)出了這(zhè)類(lèi)功(gōng)率計的詳細(xì)框圖。

 

    激(jī)光功率(shuài)計(jì)探(tàn)頭工作(zuò)原理

 

    將加(jiā)到射頻電橋上的(dí)偏置(zhì)功(gōng)率相對於加到(dào)補償(cháng)電(diàn)橋上(shàng)的功率進(jìn)行(háng)比較，射頻功(gōng)率由下(xià)式(shì)給(gěi)出：Prf=（Vc^2-Vrf^2）/4R

 

    式中，Prf為射頻功率；Vc為加(jiā)到(dào)補(bǔ)償(cháng)電橋上的電壓；Vrf為(wéi)加到射(shè)頻(pín)電(diàn)橋上的(dí)電壓；R為(wéi)熱敏(mǐn)電阻傳感器在平(píng)衡(héng)時的電阻。

 

    功率計包含一個在通(tōng)Vc與Vrf之和成(chéng)正比(bǐ)的時(shí)期內閉合的電(diàn)子(zǐ)開關，從而(ér)在(zài)儀(yí)表(biǎo)測量部(bù)件(jiàn)M中(zhōng)形成電(diàn)流(liú)流動，其大小(xiǎo)通Vc與(yǔ)Vrf之差成正(zhèng)比。通過儀表的電(diàn)流的平(píng)均(jūn)值(zhí)計算式(shì)，不加射(shè)頻功率(shuài)時，Vc=Vrf，這個(gè)條(tiáo)件在(zài)使用(yòng)者啟動自(zì)動調(tiáo)零電路(lù)時便能得(dé)到。現(xiàn)代(dài)熱敏電(diàn)阻功率(shuài)計提(tí)供(gōng)10mW---1uW輸入功率範圍的(dí)測量(liáng)能(néng)力（40dB），並可(kě)提供能(néng)工作(zuò)在(zài)100KHZ---1000GHZ頻(pín)率範圍內(nèi)不同(tóng)波段的傳(chuán)感器。

 

    熱敏電阻(zǔ)傳(chuán)感器曾經廣泛用(yòng)於(yú)一(yī)般用(yòng)途的功(gōng)率(shuài)測量，但(dàn)它(tā)們已被能提(tí)供(gōng)更佳性(xìng)能的其他功率(shuài)檢測方(fāng)法(fǎ)取代。現在的主要用途是功率(shuài)計和傳(chuán)感器的校準。

 

    激光功率(shuài)計探(tàn)頭(tóu)具有(yǒu)寬(kuān)動態(tài)範圍(wéi)，低(dī)漂移和小駐波比(bǐ)，且(qiě)一台儀器能夠容納寬的(dí)頻率(shuài)範圍(wéi)。利用熱(rè)電偶的功率(shuài)傳(chuán)感(gǎn)器便能滿足這些(xiē)要(yào)求(qiú)。

 

    兩(liǎng)種相(xiāng)異導(dǎo)體的(dí)連接形(xíng)成一對熱(rè)電偶(ǒu)結，這(zhè)些(xiē)結兩端存(cún)在的任(rèn)何(hé)溫(wēn)度梯(tī)度將產(chǎn)生電壓(yā)。功率(shuài)傳(chuán)感(gǎn)器(qì)的熱電(diàn)偶結構(gòu)被設計成(chéng)包括一(yī)個耗散大部分外(wài)加(jiā)功率的電阻器。電阻器的的(dí)溫度升(shēng)高(gāo)，在附件的熱電偶結(jié)兩端(duān)便形成(chéng)溫(wēn)度梯(tī)度(dù)，從(cóng)而(ér)產生與功率(shuài)成正(zhèng)比的電(diàn)壓。兩(liǎng)組這類結構實際(jì)上可以(yǐ)這樣取(qǔ)向(xiàng)，使(shǐ)由電阻器耗散(sàn)的功率產生的溫升引起兩個熱(rè)電(diàn)偶結(jié)構產生相(xiāng)加(jiā)的溫差電壓(yā)，而由(yóu)環(huán)境(jìng)溫度變化產(chǎn)生的溫度梯度則引起相抵消的溫差電壓(yā)，因(yīn)而將零讀數的(dí)漂(piāo)移減(jiǎn)至小。該(gāi)電阻(zǔ)器的阻值被設計成(chéng)為(wéi)傳(chuán)輸綫提(tí)供(gōng)良(liáng)好匹配的(dí)終端(duān)。

 

    激光(guāng)功率計(jì)探頭(tóu)中(zhōng)使(shǐ)用的熱電(diàn)偶元件可能(néng)由金，（n）型(xíng)矽和氮化鉭電(diàn)阻材料(liào)構(gòu)成(chéng)，而(ér)薄膜結構則(zé)提供(gōng)工(gōng)作(zuò)在(zài)超過(guò)40GHz頻(pín)率上所需的小(xiǎo)尺寸和(hé)精密(mì)幾何形狀。利(lì)用(yòng)這些技術的(dí)熱(rè)電偶傳感(gǎn)器(qì)的(dí)示意(yì)圖。